调试JDK源码-ConcurrentHashMap实现原理

调试JDK源码-一步一步看HashMap怎么Hash和扩容调试JDK源码-ConcurrentHasJava
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调试JDK源码-一步一步看HashMap怎么Hash和扩容

调试JDK源码-ConcurrentHashMap实现原理

调试JDK源码-HashSet实现原理

调试JDK源码-调试JDK源码-Hashtable实现原理以及线程安全的原因

 

ConcurrentHashMap线程安全的总结是我从源码分析出来的:

ConcurrentHashMap所谓线程安全是如果没有哈希冲突使用compareAndSwapObject方式新增节点,如果哈希冲突的时候锁住哈希冲突的节点,这样新增的节点是线程安全的,而 ConcurrentHashMap又不像hashtable那样整个put方法被锁定,所以性能比hashtable要好,因为这样不影响其他节点的插入和读取。

具体看下面完整的分析过程就知道了。

Map<String, String> cm = new ConcurrentHashMap<String, String>();
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            cm.put((char) (i + 65) + (char) (i + 66) + (char) (i + 67) + "", i + ">>>http://blog.csdn.net/unix21/");
        }

注释写的很清楚

/* ---------------- Public operations -------------- */

    /**
     * Creates a new, empty map with the default initial table size (16).
     */
    public ConcurrentHashMap() {
    }

再到

public abstract class AbstractMap<K,V> implements Map<K,V> {
    /**
     * Sole constructor.  (For invocation by subclass constructors, typically
     * implicit.)
     */
    protected AbstractMap() {
    }

    // Query Operations

    /**
     * {@inheritDoc}
     *
     * @implSpec
     * This implementation returns <tt>entrySet().size()</tt>.
     */
    public int size() {
        return entrySet().size();
    }

 

第一次put

 

下面是完整的

/** Implementation for put and putIfAbsent */
    final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
        if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
        int hash = spread(key.hashCode());
        int binCount = 0;
        for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
            Node<K,V> f; int n, i, fh;
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
                tab = initTable();
            else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
                if (casTabAt(tab, i, null,
                             new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
                    break;                   // no lock when adding to empty bin
            }
            else if ((fh = f.hash) == MOVED)
                tab = helpTransfer(tab, f);
            else {
                V oldVal = null;
                synchronized (f) {
                    if (tabAt(tab, i) == f) {
                        if (fh >= 0) {
                            binCount = 1;
                            for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
                                K ek;
                                if (e.hash == hash &&
                                    ((ek = e.key) == key ||
                                     (ek != null && key.equals(ek)))) {
                                    oldVal = e.val;
                                    if (!onlyIfAbsent)
                                        e.val = value;
                                    break;
                                }
                                Node<K,V> pred = e;
                                if ((e = e.next) == null) {
                                    pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
                                                              value, null);
                                    break;
                                }
                            }
                        }
                        else if (f instanceof TreeBin) {
                            Node<K,V> p;
                            binCount = 2;
                            if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
                                                           value)) != null) {
                                oldVal = p.val;
                                if (!onlyIfAbsent)
                                    p.val = value;
                            }
                        }
                    }
                }
                if (binCount != 0) {
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
                        treeifyBin(tab, i);
                    if (oldVal != null)
                        return oldVal;
                    break;
                }
            }
        }
        addCount(1L, binCount);
        return null;
    }

 

可以看出ConcurrentHashMap不是像hashTable一样整个put方法synchronized

 

initTable()

Thread.yield(); // lost initialization race; just spin

 

U.compareAndSwapInt

compareAndSwapInt() 是sun.misc.Unsafe类中的一个本地方法。

对此,我们需要了解的是 compareAndSetState(expect, update) 是以原子的方式操作当前线程;若当前线程的状态为expect,则设置它的状态为update。

下一步

回到putVal

下一步

 

这次无需初始化了

 

进入casTabAt,又用到了U.compareAndSwapObject完成新节点的插入

关于CAS https://en.wikipedia.org/wiki/Compare-and-swap

C语言实现

int compare_and_swap(int* reg, int oldval, int newval)
{
  ATOMIC();
  int old_reg_val = *reg;
  if (old_reg_val == oldval)
     *reg = newval;
  END_ATOMIC();
  return old_reg_val;
}

 

要实现无锁(lock-free)的非阻塞算法有多种实现方法,其中CAS(比较与交换,Compare and swap)是一种有名的无锁算法。
CAS, CPU指令,在大多数处理器架构,包括IA32、Space中采用的都是CAS指令,CAS的语义是“我认为V的值应该为A,如果是,那么将V的值更新为B,否则不修改并告诉V的值实际为多少”,
CAS是项乐观锁技术,当多个线程尝试使用CAS同时更新同一个变量时,只有其中一个线程能更新变量的值,而其它线程都失败,失败的线程并不会被挂起,而是被告知这次竞争中失败,并可以再次尝试。
CAS有3个操作数,内存值V,旧的预期值A,要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时,将内存值V修改为B,否则什么都不做。

参考:非阻塞同步算法与CAS(Compare and Swap)无锁算法

回到putval

 

和hashmap和hashtable一样,ConcurrentHashMap内部也是有一个静态嵌套类实现节点的

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        volatile V val;
        volatile Node<K,V> next;

        Node(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) {
            this.hash = hash;
            this.key = key;
            this.val = val;
            this.next = next;
        }

下一步

至此完成第一次put

 

第二次put

 

又调用casTabAt(tab, i, null,
                             new Node<K,V>(hash, key, value, null))插入新节点

 

第2个节点插入完成

下一步

 

下一步

下一步

下一步

 

下一步

下一步

至此完成第二次put

 

第三次put

下一步,i=6  f=tabat(6)   =null,这样就在这个索引插值

下一步

下一步

第三次put完成

 

经过几次put都和第三步一样,第11次put又进入到synchronized (f)代码块,

因为这次i=0,而f=tab[0]不为null

 

从上面的代码可以看到f被锁定

 

下一步,e=f  pred=e,新节点插

下一步,看出新节点插在之前节点的next后面

总结:这样就看出ConcurrentHashMap可以保证哈希冲突的时候新增节点的线程安全性

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